Частина IV. Програмні засоби і геоінформаційні системи

Розділ 9. Програмні засоби для роботи з просторовими даними

Загальна характеристика

Програмні засоби, призначені для роботи з просторовими даними, представляють в наш час досить різноманітний і такий що постійно розширюється сегмент комп'ютерного ринка програмного забезпечення, у якому можна виділити:
- векторизатори растрових зображень;
- пакети обробки даних інженерно-геодезичних розвідок та інженерного проектування;
- програмні засоби обробки даних дистанційного зондування;
- пакети просторового аналізу і моделювання;
- довідково-картографічні системи;
- ГІС-в'юери;
- інструментальні ГІС (ГІС-пакети).

Векторизатори растрових зображень — це програмні засоби для виконання растрово-векторного перетворення (векторизації) просторових даних. Цей клас продуктів пов'язаний зі створенням цифрових карт, у тому числі і для геоінформаційних систем, на основі відсканованих растрових зображень. Серед порівняно недорогих і досить ефективних векторизаторів відзначимо пакети Easy Trace (Easy Trace Group, Росія) і MapEdit (AT «Резидент», Росія), а також пакет Digitals, розроблений у державному науково-виробничому підприємстві «Геосистема» (м. Вінниця, Україна).

Пакети обробки даних інженерно-геодезичних розвідок та інженерного проектування призначені для автоматизації обробки даних інструментальної геодезичної зйомки місцевості і інженерного проектування в житловому, промисловому і транспортному будівництві і є, як відзначено в п. 1.1, специфічним напрямком в геоінформатиці, який називають геоінженерною інформатикою. Серед програмних пакетів цієї групи назвемо продукти фірми Autodesk, світового лідера в розробці систем автоматизованого проектування (САПР/CAD), програмні пакети Autodesk Survey, Autodesk Land Desktop, Autodesk Civil Design, створені на платформі пакету AutoCAD; також основані на програмній платформі AutoCAD програмні комплекси GEO+CAD і GeoniCS, розроблені в Україні (компанія «ГЕОКАД», AT «Аркада» і НПЦ «Геоніка», м. Київ), програмні пакети CREDO (фірми «Кредо Діалог», Білорусь) та ін.

Програмні засоби обробки даних дистанційного зондування — це пакети обробки зображень, забезпечені залежно від ціни різним математичним апаратом, що дозволяє проводити операції зі сканованими або записаними в цифровій формі знімками поверхні Землі. Це досить широкий набір операцій, починаючи зі всіх видів корекції (оптичної, геометричної), через географічне прив'язування знімків аж до обробки стереопар з видачею результату у вигляді актуалізованого топоплану. Найвідоміші представники: ERDAS Imagine (США), ER Mapper (Австралія), серія продуктів Intergraph (США) і TNT Mips (США).

До групи пакетів просторового аналізу і моделювання можна віднести програмні пакети, призначені для реалізації певного, звичайно тематичного, набору процедур аналізу просторових даних. Це, перш за все, пакети геостатистичного аналізу і моделювання — такі, як Surfer (США), Gstat (Нідерланди), GST (Росія) та ін., і пакети картографічної алгебри — такі, як Map Analysis Package, MAP, і його модифікації (США). Віднесення до цієї групи пакетів прикладних програм, що просторово реалізують гідрологічні, гідрогеологічні, екологічні та інші конкретні завдання, як це іноді робиться, є некоректним.

Довідково-картографічні системи — це закриті щодо формату і адаптації оболонки і бази даних програмно-інформаційні комплекси, які містять механізми запитів до картографічної і атрибутивної інформації і засоби її відображення. Користувач, як правило, позбавлений можливості зміни також і даних. До цього класу відносять так звані електронні, або цифрові, карти великих міст, наприклад, Києва, Одеси, Харкова, Москви, окремих країн, а також цифрові атласи окремих країн або миру (Цифровий атлас України, Digital Chart of the World, New Millennium та ін.).

ГІС-в'юери (від англ. viewer — переглядач; пишеться також «в'ювер») — це порівняно недорогі пакети з обмеженою можливістю редагування даних, призначені в основному для візуалізації і виконання запитів до баз даних, у тому числі і графічних,підготовлених у середовищі інструментальних ГІС. Як правило, усі розробники повнофункціональних інструментальних ГІС пропонують і ГІС-в'юери: ArcReader, ArcExplorer (ESRI, США), WinCAT (Simens Nixdorf, Німеччина) та ін.

Програмні засоби ГІС

Програмні засоби ГІС є сукупністю більшою чи меншою мірою інтегрованих програмних модулів, які забезпечують реалізацію всіх основних функцій ГІС. У загальному випадку виділяють (Тикунов, 1991) шість базових модулів, що реалізовують функції:
1) введення і верифікації даних;
2) зберігання і маніпулювання даними;
3) перетворення систем координат і трансформації картографічних проекцій;
4) аналізу і моделювання;
5) виведення і подання даних;
6) взаємодії з користувачем.

Якщо врахувати ту обставину, що основним видом даних у геоінформаційних системах є просторово-розподілена інформація, з аналізу базових модулів ГІС стає зрозумілим, що програмне забезпечення ГІС є дуже специфічним і не дублюється (за винятком, мабуть, останнього модуля) традиційним програмним забезпеченням (ПЗ) комп'ютерів. Реалізація зазначених вище функцій вимагає розробки спеціалізованого програмного забезпечення. З 80-х років минулого століття спеціалізоване програмне забезпечення, що дозволяє виконувати розробку географічних інформаційних систем для конкретних територій і експлуатувати їх, відоме під назвою комерційних ГІС-пакетів, або інструментальних ГІС.
Сьогодні комерційне програмне ГІС-забезпечення складає помітну і дуже динамічну частину світового ринку програмного забезпечення. За даними американської компанії Daratech, загальні продажі програмного ГІС-забезпечення в 2001 році перевищили 1 млрд американських доларів (US$1073 млн) (Мировой рынок ГИС, 2003). При цьому зростання продажів за рік становило 14,3%. Виробниками програмних засобів ГІС, що лідирують у світі, є комерційні фірми США — комерційний Інститут досліджень систем навколишнього середовища (Environmental System Research Institute або ESRI Ltd.) (розробник пакетів ARC/INFO, Arc View GIS, сімейства пакетів ArcGIS) — у 2001 p. поставив свої ГІС-продукти на суму $371,5 млн, що становило 34,6% загальносвітових; компанія Intergraph (розробник пакетів MGE, GeoMedia / GeoMedia Pro та ін.) — $134,1 млн, або 12,5%; фірма Autodesk (розробник пакетів AutoCAD, Autodesk Мар та ін.) — $70,7 млн, або 6,6%; компанія GE Network Solutions (підрозділ американської General Electric Company, яка з 2000 p. є власником відомої англійської ГІС-компанії Smallworld — одного з піонерів геотехнологій у Європі, розробника повнофункціональної інструментальної ГІС — Smallworld GIS) — $72,3 млн, або 6,7%; компанія Mapping Information Systems Corporation (розробник пакета MapInfo Professional та ін.) — $61,7 млн, або 5,7%; компанія Leica Geosystems — $68,2 млн, або 6,4% (з урахуванням пакетів ERDAS і LH Systems). Відомими у світі також є програмні продукти фірм Siemens-Nixdorf (Німеччина) (пакет SICAD), PROGIS (Австрія) (пакет WINGIS), PCRaster Environmental Software (Нідерланди) (пакет PCRaster) і ряду інших.
У наш час загальна кількість комерційних ГІС-пакетів у світі вимірюється багатьма десятками. Проте якщо говорити про най-відоміші і широко застосовувані комерційні ГІС-пакети, то їх кількість може бути обмежена десятьма-п'ятнадцятьма. Світовими лідерами програмного ГІС-забезпечення є пакети фірми ESRI (ARC/INFO, Arc View GIS і сімейство пакетів ArcGIS), пакет MapInfo Professional i пакет Idrisi (розроблений в університеті Кларка (США)). Безумовними лідерами ринку програмного ГІС-забезпечення в Україні є комерційні ГІС-пакети фірм ESRI и Mapping Information Systems Corporation (США).
Тривалий час комерційні ГІС-пакети було прийнято поділяти на дві категорії, орієнтуючись, головним чином, на апаратну платформу, для запуску на якій вони були розраховані, — на професійні інструментальні ГІС і інструментальні ГІС настільного (desktop) типу. Перші запускалися на робочих станціях або великих комп'ютерах (мейнфреймах) і характеризувалися, як правило, розвинутими аналітичними можливостями (наприклад, ARC/INFO, MGE, GRASS), другі — на персональних комп'ютерах і мали дуже обмежені можливості щодо аналізу даних. Основне призначення останніх (наприклад, пакетів PC ARC/INFO, MGE PC-1, ArcView, GeoDraw/GeoGraph) — забезпечення робочого місця для цифрування карт, їх редагування, перегляду і виконання різного роду маніпуляцій з картографічними шарами, що не потребували значних ресурсів.
Ця класифікація використовується і сьогодні, однак останніми роками — унаслідок колосального прогресу можливостей персональних комп'ютерів — відмінності між ними і робочими станціями суттєво зменшились. Якщо також узяти до уваги істотне зниження цін на персональні комп'ютери, стає зрозумілим повсюдне використання їх останніми роками як серверів і у зв'язку з цим перехід професійних ГІС-пакетів на Windows-платформу (як правило, Windows NT, 2000, ХР). Таким чином, відмінність і в апаратних, і в програмних платформах інструментальних ГІС практично зникла.
Однак відмінність між пакетами, обумовлена їх можливостями, у першу чергу до аналізу і моделювання просторових даних, зберігається, незважаючи на зростаючі аналітичні можливості настільних інструментальних ГІС. Тому, як і раніше, можна говорити про повнофункціональні професійні інструментальні ГІС і інструментальні ГІС настільного типу. Але окремі спеціалізовані можливості останніх не поступаються, а в деяких випадках перевищують, відповідним можливостям повнофункціональних ГІС.
До категорії настільних інструментальних ГІС з деякою умовністю можна віднести програмні пакети, призначені для аналізу просторових даних і просторово-часового моделювання, у тому випадку, якщо такі пакети на додаток до універсальних аналітичних мають достатньо розвинені можливості щодо маніпулювання просторовими даними і їх подання, тим більше що в процесі свого розвитку вони і за формальними ознаками переходять в цю категорію. Це такі пакети, як IDRISI (США), який до останньої версії називався розробниками «растрова система аналізу просторової інформації і обробки зображень», PCRaster (Нідерланди) — система моделювання навколишнього середовища, Relief Processor (Україна) — пакет моделювання і аналізу рельєфу. Остання версія пакета IDRISI (2004) — IDRISI Kilimanjaro — уже має офіційну назву «пакет ГІС і обробки зображень».
Відзначимо також, що можлива класифікація інструментальних ГІС і за іншими ознаками, наприклад, за програмною платформою — на працюючі під операційними системами MS DOS, Windows, UNIX або Linux, за моделлю бази даних — на растрові і векторні, за вартістю — наприклад, понад 30 тис. доларів США, від 30 до 4 тис. доларів, від 4,0 до 2,5 тис. доларів і менше 2,5 тис. доларів та за іншими показниками.

Питання і завдання для самоперевірки

1. Як класифікують сучасні програмні засоби для роботи з просторовою інформацією? Дайте характеристику їх основних груп.
2. Які підходи існують до класифікації програмних засобів ГІС?
3. Дайте характеристику ринку комерційних ГІС-пакетів у світі і в Україні.